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圖解超簡單結構力學

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內容簡介

  結構力學是力學的一種,主要研究建築物的結構,是土木工程和機械學科的必修科目,在建築、工業等領域中多所應用。

  結構力學內容包括建築結構的組成、規則,必須考量在各種載重、材質等因素下的作用力變化,涵蓋軸力、剪力、彎矩、與扭力四種力學及其組合。

  本書從基礎的力學開始介紹,以簡潔而詳盡的解說方式,循序連接每一個階段,使學生不需在消化不良的狀態追趕進度,而可以依照自己的步調來學習。

  本書務將結構力學與實際應用結合,使得結構力學不只是一門學問,更是一門實用科學。

本書特色

  從基礎的力學開始介紹「結構力學」,
  依序從簡單到複雜應用,即使是新手都可以依照自己的步調來學習。

  本書由國立台灣大學工程科學及海洋工程系林輝政教授審訂,分成6大部分、105小節、10個加強練習題組,清晰的插圖、表格,鉅細靡遺的解說,即使是再複雜的例題,都不需要害怕。照著做,就對了!

  .力學裡用的單位有哪些
  .力的基本性質
  .什麼是外力、內力、反力
  .構件所產生的應力
  .桁架的原理與解法
  .如何設計構件的尺寸/截面
  .如何設計壁量

作者簡介

高木任之(Tadayuki Takagi)

  西元1932年生。西元1955年自北海道大學工業部建築工學科畢業。進入日本政府建設省,歷任千葉縣建築指導課課長、住宅都市整備公團都市開發事業部部長等職,西元1983退休。

  歷任(財團法人)住宅保證機構專務理事、(社團法人)日本木造住宅產業協會專務理事。期間亦擔任一級建築士考試委員、一級建築士考試委員、東洋大學建築學科講師、芝浦工業大學建築學科講師。具一級建築士資格。

  主要著作有《讀懂建築基準法的訣竅》、《圖說建築基準法》、《圖說都市計畫法》(學藝出版社出版)、《圖解雜學 建築基準法》(NATSUME社出版)、《圖解結構力學》、《圖解建築法規》(日本實業出版社出版)等。

審訂者簡介

林輝政  教授
  
專長:
  複合材料、結構力學、風力能源
  
現職:
  國立台灣大學工程科學及海洋工程系教授
  
學歷:
  國立台灣大學造船工程博士
  
經歷:
  國立澎湖科技大學校長、副校長
  國立澎湖科技大學海洋資源暨工程學院院長
  台大與工研院合設奈米科技研究中心副主任
  Visiting Professor, Dept. of Information and Electrical Eng., UMBC, U.S.A.
  Visiting researcher, Lab. of Material Science and Engineering, NIST, U.S.A.
  國立台灣大學 工程科學及海洋工程系教授、系主任、所長
  國立台灣大學 造船及海洋工程系教授、系主任、所長
  Visiting scholar, School of Aeronautics and Astronautics, Purdue University, U.S.A.

譯者簡介

陳銘博

  國立台灣科技大學電子工程系畢。踏入職場三年後前往日本就讀語言學校,回國後任職於專利事務所負責日文專利文件業務。目前為專職譯者。

 

目錄

前言

Part0力學裡用的單位有哪些?
0.1單位的基礎來自於地球
0.2重量的單位是不固定的
0.3從重量單位轉換成質量單位(牛頓)
0.4壓力.應力的單位是帕(Pa)
◎練習問題──熟練SI單位

Part 1力的基本性質
1.1結構力學的特色在於「靜止」
1.2「力」看不見,因此令人難以理解
1.3重量也是一種力
1.4力以箭頭表示
1.5力的特性(力矩.向量)
1.6什麼是力矩?
1.7槓桿原理也是力矩的應用
◎練習問題──計算力矩
1.8純量與向量
1.9向量能夠合成與分解
1.10力的合成(畫出平行四邊形)
1.11力的分解(畫出平行四邊形)
1.12將平行四邊形置換成三角形的「力線圖」
1.13力線圖就是力走過的路線圖
1.14合成多個力.分解成多個力
1.15平行的力如何合成與分解?
◎練習問題──合成平行力
1.16力偶無法合成也無法分解
◎練習問題──求力偶的大小
1.17任何力都能夠以垂直力.水平力.力矩來表現
◎練習問題──力的合成與分解─11個問題
*Part 0, Part 1總結

Part 2 什麼是外力、內力、反力?
2.1外力、內力、反力以及三者間的關係
2.2簡單結構物的外力、內力、反力及穩定
2.3外力有哪些?
2.4垂直荷重與水平荷重
2.5集中荷重與等均佈荷重
2.6結構物的支承反力
2.7每個構造構件都有反力
2.8支承結構物的支點有3種
2.9移動端.轉動端.固定端
2.10什麼是簡支梁?
2.11反力數3個是重點
2.12樞接(鉸接)與節點
2.13樞接節點與剛性節點的不同
2.14什麼是構架結構?
2.15外力、內力、反力的總整理
◎練習問題──求出反力─12個問題

Part 3構件所產生的應力?
3.1構件內部所產生力,即應力(stress)
3.2破壞構件
3.3應力有3種
3.4應力的正負
3.5繪製應力圖
3.6分析結構物
◎練習問題──分析簡支梁.懸臂梁─18個問題
*總結Part 2.Part 3

Part 4 桁架的原理與解法
4.1什麼是桁架(Truss)?
4.2三角形桁架可使力分散
4.3三角形是最穩定的形狀
4.4各種桁架種類
4.5桁架的分析
4.6以力線圖表現
4.7什麼是克里蒙納圖解法?
4.8克里蒙納圖解法~之一
4.9克里蒙納圖解法~之二
4.10克里蒙納圖解法~之三
4.11克里蒙納圖解法~之四
4.12克里蒙納圖解法~之五
4.13克里蒙納圖解法~之六
4.14克里蒙納圖解法~之七
4.15克里蒙納圖解法~之八
4.16克里蒙納圖解法~之九
4.17克里蒙納圖解法~之十

Part 5如何設計構件的尺寸(截面)?
5.1終於要進入結構設計
5.2拉伸構件的設計
5.3發揮材料的強度
5.4壓縮構件要注意拱起
5.5挫曲受長度和截面形狀影響
5.6細長比與挫曲係數
5.7計算構件的挫曲
5.8柱子的短邊長在建築基準法中的限制
5.9確認剪力方面的安全性
5.10單面剪與雙面剪的不同
5.11彎曲構件所產生的應力
5.12不易彎曲的截面形狀
5.13截面二次矩與截面係數
5.14截面二次矩與截面係數的關係
5.15各種截面的截面二次矩
◎練習問題──求截面二次矩
◎練習問題──求截面係數
5.16抗彎曲構件的設計
◎練習問題──設計抗彎構件
*總結Part 4.Part 5

Part 6如何設計壁量
6.1設計耐地震、耐風壓力的建築物
6.2壁量計算的基本概念
6.3壁量計算的流程
6.4投影面積的推算(計算前的準備)
6.5計算時使用的投影面積
6.6投影面積的計算
6.7必要壁量的計算(單位壁量)
6.8必要壁量的計算(實際壁量)
6.9壁倍率(日本建築基準法施行令第46條第4項)
6.10壁倍率(昭和56年建設省告示第1100號)
6.11牆壁配置的1/4規則(平衡的配置)
6.12實際檢查壁量
6.13柱頭.柱腳.斜撐之端部的橫向接合
6.14牆壁.加入有斜撐的構造其柱頭.柱腳的橫向接合(1)
6.15牆壁.加入有斜撐的構造其柱頭.柱腳的橫向接合(2)
6.16縱向接合.橫向接合的樣式…A
6.17縱向接合.橫向接合的樣式…B
6.18縱向接合.橫向接合的樣式…C
6.19縱向接合.橫向接合的樣式…D
6.20縱向接合.橫向接合的樣式…E
6.21縱向接合.橫向接合的樣式…F
6.22縱向接合.橫向接合的樣式…G
6.23縱向接合.橫向接合的樣式…H
6.24縱向接合.橫向接合的樣式…I
6.25縱向接合.橫向接合的樣式…J
6.26斜撐端部的橫向接合…A
6.27斜撐端部的橫向接合…B
6.28斜撐端部的橫向接合…C
6.29斜撐端部的橫向接合…D
6.30斜撐端部的橫向接合…E
*總結 Part6

索引

 

詳細資料

  • ISBN:9789866097799
  • 叢書系列:科學視界
  • 規格:平裝 / 224頁 / 15 x 21 x 1.12 cm / 普通級 / 雙色印刷 / 初版
  • 出版地:台灣
 

內容連載

Part 2 什麼是外力、內力、反力?

2.1外力、內力、反力以及三者間的關係


在本章中,我們要學的方法,是如何確認當實際施加力在建築物等結構物時的安全性。

為了確認結構物的安全性,首先要將作用於結構部位的力分成①外力、②內力、③反力這三種力,接著探討這三種力的影響。

[外力]
所謂的[外力],指的是從外部施加至該結構物的力。外力也稱作荷重。堆積在屋頂上的雪、放在建築物裡的物品的重量、建築物所承受的地震和風的力等等,這些都算是外力。

[內力]
構成建築物的構件(柱子、梁)等的內部會因上述外力(荷重)而產生力(應力)。這種在結構構件的內部產生的力,稱為「內力」。

[反力]
外力會經由內力而於最後傳遞至地盤。該地盤的耐力(地耐力)是否夠大也是非常重要。像這樣子支承結構物的力稱為「反力」。

2.2簡單結構物的外力、內力、反力與穩定

在這一節,我們利用簡單結構物來思考「外力、內力、反力」的關係。首先,我們以形狀簡單的獨木橋來做例子。

以河邊的獨木橋為例,討論「外力、內力、反力」

外力
橫渡獨木橋者的重量,屬於外力。這個重量不只有人的體重,還包括他的背包重量等。此外,還必須考慮到會有多人同時過橋的情形。而獨木橋本身的重量也是外力的一種。

當上述外力施加於獨木橋上時,獨木橋若斷裂,就麻煩了。如果獨木橋斷裂,代表因外力而於獨木橋內部產生的內力,超過了獨木橋的耐力極限。

反力
反力的思考重點,在於支撐獨木橋的是什麼?如果只是靠河邊的砂石將獨木橋撐起,獨木橋的重量應該會壓垮砂石。橋也有可能會被河水給沖走,因此必須以大石頭固定獨木橋,讓橋不會產生移動的情形。

結構物的穩定
結構物的穩定,指的是「外力、內力、反力」這三種力保持平衡。如果三種力能保持平衡,結構物就能夠處於靜止的狀態。

˙外力大於反力,獨木橋沈陷(傾斜)
˙若因外力而生的內力大於獨木橋的耐力,獨木橋就會斷裂

2.3外力有哪些?

如前所述,我們把這些外力稱為「荷重」。從外部施加在結構物上上的力有哪些呢?

荷重依其作用方向,分成「垂直荷重」與「水平荷重」。

垂直荷重指的是因地球引力(重力)而生的重量,因此垂直荷重多屬於長期作用的荷重。

水平荷重指的是從水平方向作用,會使結構物發生橫向搖動的荷重。此種荷重很少屬於長期作用,大多像是地震力或風壓力等,只會暫時對結構物產生作用。

除了垂直和水平方向的荷重,還有斜向的荷重,這種例子較少。斜向荷重能夠分解成水平方向和垂直方向的分力,因此可以再轉換為水平荷重與垂直荷重。

2.4垂直荷重與水平荷重

外力(荷重)的分類如下。

(1)垂直荷重
垂直荷重可再分為下面3種,每一種都是因地球引力而生的重量所引起的。

①固定荷重(自重):包括構成結構物的柱子、梁、屋頂、地板等結構物本身的重量。如何承受固定荷重,是最初步的問題。

②裝載荷重:指收容在建築物裡的物品和進入建築物內的人重量。倉庫等建築物的裝載荷重特別大。

③積雪荷重:即下雪後堆積在屋頂的重量。在經常下雪的地方,積雪荷重會是比較大的荷重。

(2)水平荷重
水平荷重以風壓力、地壓力為代表。

①風壓力:刮風時,由於風壓力而可能造成建築物傾斜。風壓力的作用方向通常為水平方向。在屋頂等斜面部分,風壓力會對斜面造成垂直的作用力。

②地震力:地震力原來為一種震動,會產生使建築物橫搖的效應,在地震時會轉換為造成建築物傾倒的水平力。震動本身亦可作為荷重,來進行計算。

③水壓.土壓:例如地下室的外牆,由於直接與土壤接觸,因此會產生土壓及地下水的水壓作用力,必須確保結構在這些壓力下(通常是水平力)的安全。

④其他震動.撞擊:若在室內設置有吊車和機械,這些設備運轉時產生的震動與撞擊會傳遞到建築物上,因此必須確保建築物在這些荷重作用下安全無虞。

日本建築基準法施行令第36條之3中規定,對於「產生作用力的自重、裝載荷重、積雪荷重、風壓、土壓、水壓以及地震等其他的震動及撞擊」,必須確保建築物的安全。

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